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欧洲超低能耗建筑和被动房标准体系

[发布日期:2015-04-10 14:15:17]

   一、背景简介

  欧盟是当今全球仅次于美国的能源消耗大户,其中建筑能耗比重较大,占欧盟总能源消耗的40%,建筑领域温室气体的排放已达到世界温室气体排放总量的30%左右。欧盟建筑能耗比重最大的是采暖空调,约占居住建筑能耗的70%,公共建筑能耗大50%。由于建筑节能的成本收益相对于其他行业(工业、交通)更高,因此建筑节能成为欧盟实现其减排目标的优先发展领域。

  2007年3月欧盟国家与政府首脑会议提出了三个“20%”的节能减排目标:即在2020年以前将温室气体的排放量在1990年水平上降低20%,2020年前将一次能源消耗降低20%,2020年前可再生能源的应用比例提高20%。

  2010年6月18日, 欧盟出台了《建筑能效2010指令》(EPBD2010),该指令规定,成员国从2020年12月31日起,所有的新建建筑都是近零能耗建筑;2018年12月31日起,政府使用或拥有的新建建筑均为零能耗建筑。为了实现欧盟的能效提升目标,各成员国都积极推进超低能耗建筑(近零能耗建筑)的发展,超低能耗建筑是个广义的概念,包括能效高于国家现行标准30%以上的低能耗建筑、被动房(3升房)、零能耗建筑和产能房,逐步建立和完善了超低能耗建筑标准体系。被动房的推广成为欧盟进一步挖掘建筑节能潜力,摆脱对化石能源依赖的有力措施之一。在被动房的基础上,欧盟还进一步研究与发展零能耗建筑和产能房建筑(或正能效建筑)的概念,这已代表了未来建筑节能的方向。

  低能耗建筑在欧洲各国的定义都不太统一,通常指能效高于国家现行标准30%的建筑,而低能耗建筑往往在几年后成为了新的国家标准。

  被动房指采用各种节能技术构造最佳的建筑围护结构和室内环境,极大限度地提高建筑保温隔热性能和气密性,使建筑物对采暖和制冷需求降到最低。在此基础上,通过各种被动式建筑手段,如自然通风、自然采光、太阳能辐射和室内非供暖热源得热等来实现室内舒适的热湿环境和采光环境,最大限度降低对主动式机械采暖和制冷系统的依赖或完全取消这类设施。

  当建筑采暖负荷≤10W/m2, 被动房可以依靠带高效热回收效率的新风系统采暖。

  1991年德国在达姆施达特(Darmstardts)市Kranichstein区建立了第一个被动式住宅,2000年德国建成了首个被动房小区,目前德国已经有6万多栋这种房屋,并以每年新增3000栋的速度增长。被动房不仅适用于量大面广的住宅,而且可应用于办公楼、学校、幼儿园等建筑类型。

  零能耗建筑和产能房是欧洲建筑节能研发和应用的前沿领域。零能耗建筑是指年供暖、热水能源需求及辅助电力需求基本由建筑内部得热和可再生能源供应。产能房(或正能效建筑)是指年能源产业大于能源消耗,多余的电力输给公共电网或用于电动汽车充电。

  二、欧洲典型国家低能耗建筑和被动房标准现状

  被动房标准是欧洲各国在低能耗建筑标准基础上发展起来的,欧洲节能减排发展较好的国家已经建立了相应的超低能耗建筑标准体系,推动了欧盟的能效提升工程。本文将介绍8个欧洲典型国家超低能耗建筑标准发展状况。

  1、瑞典

  瑞典目前执行的建筑节能规范是2009年修订后的BBR16,该规范并没有提到低能耗建筑的定义,因此2007年成立的FEBY制定了低能耗建筑认证的相关文件。FEBY是瑞典能源署资助的机构,其合作成员包括瑞典环境研究机构(IVL),ATON技术咨询公司,隆德大学、瑞迪技术研究院(SP)。FEBY颁布了低能耗建筑(Minienergi)和被动房两个自愿性标准,其中被动房标准包含了对零能耗建筑的定义。两个标准都参照德国被动房的标准,并进行了适当的调整以符合适应瑞典的气候条件和工程的经验和做法。根据FEBY的规定,被动式——低能耗建筑的认证有两个选择,一个是规划设计认证,一个是建筑运营的认证,后者必须符

  合理论计算的值和相关标准。建筑运营核证需由第三方执行。对于零能耗建筑的认证只有针对实际运行效果的建筑运营认证。

  瑞典将气候区划分为三个,瑞典北部属于气候一区,瑞典中部属于气候二区,南部属于气候三区。根据气候区的不同划分不同的采暖负荷和终端能耗(含采暖(制冷)、生活热水和辅助能源(用于新风系统或采暖)。其限值如表1:

表1 瑞典低能耗建筑和被动房能耗限值

  2、挪威

  挪威现行的国家建筑节能标准是TEK,最新版本是2007年修订的TEK07,它规定建筑能源需求要比1997年降低25%。TEK07并不对低能耗建筑和被动房进行规定,而是又挪威标准委员会专门起草一个关于低能耗建筑和被动房的标准,名为NS3700。该标准也是基于德国被动房标准的定义和指标,并根据挪威的气候特征和施工标准进行了本土化的调整。该标准强调与瑞典和欧洲标准的一致性,避免大的变动。标准规定了一次能源表示方式有两种表示方式:一种方式是确定了一次能源每年每单位面积二氧化碳排放量,另一种方式是确定可再生能源在一次能源消耗总量中的比例。

表2 挪威低能耗建筑和被动房能耗限值

  3、丹麦

  自1973年第一次石油危机以来,丹麦就一直实行积极能源政策。自1980年以来,丹麦经济增长了80%,但能源消耗总量基本维持不变。丹麦建筑能耗约占社会总能耗的40%。目前,随着可再生能源供应比重的逐步提高,丹麦明确了未来能源发展的方向:到2050年,温室气体排放要在1990年的水平上降低80%以上,到2050年,完全摆脱对化石燃料的依赖。2013年3月,丹麦议会批准通过了《2012-2020年能源执政协议》。该协议提出了一揽子行动计划,旨在实现2050年“100%依靠可再生能源供应”的目标。其中2020年的主要预期目标为:

  (1)与1990年相比,温室气体排放减少34%;

  (2)可再生能源占终端能源消费总量的比重超过35%;

  (3)2020年前,新建建筑成为近零能耗建筑,主要依靠可再生能源;

  (4) 从2013年起,新建建筑禁止使用石油和天然气采暖,区域供热区内的现有建筑自2016年起不得安装新的燃油锅炉。进一步推广热泵、太阳能和生物质的热利用。

  丹麦于1961年制定了第一部建筑条例(BR),随后每版建筑条例不断提高对建筑节能的要求,尤其是BR08和BR10版。

  丹麦的2008年的建筑条例(BR08)第7.2.4章首次对低能耗建筑有明确的规定。2006年丹麦为推动盟能效指令(EPBD2002/91/EC)在丹麦的实施,引入的低能耗建筑分级系统,将低能耗建筑分为两级,低能耗1级和低能耗建筑2级。低能耗建筑2级是低于2006年标准建筑能耗要求的25%,目前已成为现行的丹麦2010版建筑条例的最低要求。低能耗建筑1级是低于2006年标准建筑能耗要求的50%,预计成为丹麦2015版建筑条例的最低要求。丹麦2020年的建筑条例将进一步提高建筑能效,预计将建筑能耗降低到2006年水平的75%。

表3 丹麦低能耗建筑和被动房能耗限值

  2000年丹麦引入了被动房的概念,被动房的认证是参考了德国被动房的标准和指标,丹麦的被动房研究所是德国被动房研究所的合作单位,负责对丹麦的被动房进行认证。

  4、芬兰

  自2010年3月,芬兰的建筑规范中的C3(建筑保温、D2章(建筑室内环境和通风)及D3章(建筑能效)进行了修订。该规范中提到了低能耗建筑但没有规定相应的限值,只是有推荐的最大热损失值。由于该规范对低能耗建筑只有一个推荐的指导值,因而规范对于低能耗建筑的定义不能视为低能耗建筑标准。

  因此,芬兰的工程师协会(RIL)专门制定了低能耗建筑和被动房标准RIL249-2009。该标准将低能耗建筑划分为几等,分别为M-30,M-35,M-40,M-45和M-50,代表不同的单位面积年能耗需求。比如M-40,代表每年每平方米终端能耗为40KWh(含采暖、通风、制冷和辅助设备用能)。


  芬兰的被动房的是基于德国的被动房标准并根据芬兰的气候区进行了调整。被动房也分为几个等级,包括P15,P20和P25,也代表了不同的单位面积年终端能耗。

表4 芬兰低能耗建筑和被动房能耗限值

  5、德国

  建筑能耗占德国能耗总量的40%左右,德国从1977年颁布第一部保温法规到2012年进一步修改建筑节能条例(EnEV),共经历了六个节能阶段,建筑采暖能耗已由最初的220kWh/(m2a)下降到2014年30kWh/(m2a)的水平(见表5)。在过去20年里,通过一系列措施,德国新建建筑单位居住面积的采暖能耗降低了40%左右,在此基础上,到2020年和2050年,采暖能耗应分别再次降低20%和80%。

表5 德国建筑节能条例发展历程

  日本发生福岛核电站事故后,德国率先宣布放弃使用核能(占其能源总供应量的40%),并于2011年提出了新的房屋节能目标:自2019年1月1日起,将政府办公建筑建成近零能耗房屋;自2021年1月1日起,将所有新建房屋建成近零能耗房屋;到2050年,所有房屋节约80%的一次能源。发展被动式房屋是德国实现上述目标的基础,可为德国节省近40%的社会终端能耗。在被动式房屋的基础上,德国还将进一步研究产能房屋(energy plus)。

  德国的低能耗建筑包括几类:RAL认证体系下的低能耗建筑、被动房、3升房、高能效建筑-德国复兴信贷银行节能房屋70和节能房屋55。

  (1)RAL认证体系下的低能耗建筑

  德国的低能耗建筑是根据RAL-GZ965标准认证的,其规定低能耗建筑的传热损失要比现行的EnEV2009低30%,同时对其它的指标例如保温、气密性和通风系统进行了更严格的规定。该认证体系对低能耗建筑的认证也分为两类,一是规划设计认证,二是运营阶段的认证。

  (2)被动房

  它是在德国wolfgang Feist博士的研究下由德国被动房研究所提出的超低能耗建筑形式。对“被动房”的定义是必须满足相应的能效指标(见表6)。

表6 德国被动房的指标体系

  德国被动房研究所(PHI)是对被动房及其构件进行认证的权威机构之一。德国被动房与按EnEV设计的节能建筑不一样,前者由PHPP进行模拟的计算和认证。PHPP是个工具包,包括对建筑围护结构构件的U值计算、能源平衡计算、设计舒适的通风系统、计算供热负荷等。该软件包括了许多欧洲国家的气象数据,从而使它更具有国际化的兼容性。EnEV被动房研究所除了对被动房进行认证外,也对建筑服务系统,如热交换器、热泵进行设备认证。

  被动房的造价比按照德国EnEV2009建造的常规节能建筑,单位面积增量成本约高150欧元(Wuppertal气候环境与能源研究所),其中窗户和通风系统增量成本占比较大,其次是保温隔热系统。

  (3)3升房

  3升房的概念是由德国弗朗霍夫研究所引入的建筑概念,指单位建筑面积年采暖需求≤35kWh/m2a,即相当于3升耗油量,对应的是一次能源需求。该类建筑没有相应的认证体系,只是由弗朗霍夫研究所定义的一种超低能耗建筑,它给出了一次能源需求的限值,但没有技术系统方面的特殊要求,技术路线要仍是参照德国EnEV的要求。

  (4)德国复兴信贷银行节能房屋

  德国复兴信贷银行可为新建或购买的或改造的低能耗建筑提供低息贷款,这些低能耗建筑的能效指标由德国能源署确定,能效指标的参考数值依据EnEV规定的一次能源需求Qp和传输热损失H’T而定。针对既有建筑改造的资助标准有两种,即德国复兴信贷银行节能房屋70和85,以前被称为kfw-40,kfw-60。Kfw85和Kfw70指在EnEV2009 的基础上能效分别提高15%和30%。达到这类标准的每套住宅最多可申请贷款5万欧元。评判建筑是否属于节能房屋70,必须满足两个条件:一是建筑一次能耗不允许超过2009年版《节能条例》中规定的参考建筑计算值70%,二是建筑围护结构传热损失不能超过2009年版《节能条例》中规定的参考计算值的85%。针对新建建筑的资助标准有两种,分别为kfw-55,kfw-40, 即在EnEV2009的基础上能效分别提高40%和60%,接近被动房的能效水平。

表7 德国现行标准和超低能耗建筑能效比较

  6、奥地利

  奥地利有9个州,各自有自己的建筑法规。建筑能耗的计算方法参照奥地利OIB制定的奥地利标准ONORM B8110-1和欧洲标准EN832。2008年奥地利建立了建筑能效认证制度,它根据建筑采暖需求将建筑划分为几个等级,分别为A++,A+,A到G,其中A+相当于被动房的标准,采暖需求≤15 kWh/(m2a), A++是最优等级,即采暖能耗和总能耗最低。

  奥地利政府有专门针对低能耗建筑和被动房的资助计划。获得资助的低能耗建筑和被动房在国家标准RLMA25中有明确的定义。低能耗建筑中居住建筑的能耗标准被划分为两类,一是有机械通风的建筑,一类是不含机械通风的建筑。被动房的指标等同于德国的指标体系。

  同时奥地利专门的“推动环境保护计划(Klima:aktiv)”也对被动房进行认证和资助。该项目的目标是降低CO2的排放并提高可再生能源利用。该项目资助的被动房分四个分项进行评估和认证,分别是规划和竣工验收,能源供应,建筑材料和施工,空气质量和舒适性。每个分项都列出了相应的评价标准,这些标准也分为强制项和可选项,达到可选项便可获得相应的分数。四个分项的总分为1000分,获得被动房的认证必须达到所用的强制项且总分达到900分。截至到2010年,奥地利的被动房已达到8500栋,并呈上升的发展趋势。从2015年,奥地利只有被动房建筑可享受政府补贴。

表8 奥地利低能耗建筑和被动房采暖能耗限值

  7、瑞士

  瑞士的建筑节能国家标准是SIA380/1:2009,但是该标准并没有对低能耗建筑进行定义。瑞士与2006年提出“2000瓦社会”,并出台了指导文件SIAD 0216,旨在促进可持续建筑的发展。该文件针对居住建筑、办公建筑和学校提出了建筑材料的一次能源耗能,室内环境、生活热水、灯光、暖通设施的安装规定了相应的限值和要求,该指导文件也没有对低能耗建筑进行定义,而是专门制定了针对低能耗建筑认证的标准Minergie。Minergie于2003年颁布,认证的标识分为Minergie , Minergie-P 和Minergie-ECO /P-ECO 三类,每类标识的有效期为5年。Minergie-P的能效要求参照德国被动房的认证标准,相当于瑞士被动房,Minergie-ECO/P-ECO除了要满足Minergie-P的能效要求外,还加入了保持环境和健康的可持续性的标准。健康涉及到采光、噪音、室内空气等细则,而环境标准涉及到环保建筑材料的生产、建筑材料的循环利用和可再生能源优先利用,易于拆迁的建筑材料的循环利用等。这些标准等同于我国绿色建筑评价标准。

  8、英国

  英国目前还没有对低能耗建筑和被动房进行明确的官方定义,然而国家的《可持续建筑规范》含有对可持续建筑评价分级的内容。该评价标准将可持续建筑分为六级,第六级是最节能和可持续方面水平最高的建筑,被认为达到“零碳”水平。评价内容包括能源和CO2排放,水和材料,地表水径流,垃圾,污染,健康和舒适,能源能运管理和建筑生态等几个方面,也类似国内的绿色建筑评价。自2008年开始,英国所有的新建保障住房必须达到可持续建筑的三级水平,而对于商业开发建筑,可以自愿申请是否进行分级评价。在英国,英国建筑科学研究院(BRE)负责对被动房进行认证,认证标准参照德国的被动房标准。

  三、对我国超低能耗标准体系建立的启示

  在我国,居住建筑从第一部建筑节能标准开始,经历了“三步节能”过程,新建供暖居住建筑在1980—1981年住宅通用设计能耗的基础上,于1986年,1995年和2005年分别将建筑能效提高了30%,50%和65%。我国除了建筑节能的设计标准外,还有《绿色建筑评价标准》以推动绿色建筑在我国的发展。绿色建筑评价等同于欧洲的可持续建筑评价,其指标除能效评价外,还涉及节地、节材、节水等方面,体现了建筑与生态环保和资源节约的密切关系。但绿色建筑不一定就是超低能耗建筑。

  欧洲超低能耗建筑是能耗高于国家现行标准30%或50%以上的建筑,是国家未来的能效提升的目标,对于超低能耗建筑的能耗限值都有相应的规定,也是国家财政补贴的主要对象。目前,我国对于“三步节能”以后的规划尚未有足够的统一认识。住房和城乡建设部每年评审全国范围低能耗建筑示范项目,其规定是必须满足强制节能标准的基础上,对能耗控制有创新有突破,比当地现行节能设计标准的设计节能率再降低5%以上,但低能耗建筑和被动房的标准体系、认证制度并没真正建立起来,对于室内环境、能耗限值没有相应的规定。国家还未有针对超低能耗建筑的补贴和激励政策,更关键的是缺乏实现超低能耗建筑的技术手段和产品,相关产业和施工工艺比较滞后。

  因此,我国借鉴欧洲国家的经验,通过试点示范尽管建立起超低能耗建筑标准体系非常必要,但在标准的编制过程中,也要充分考虑我国不同气候区的特点,做适应性的调整,不能完全照搬欧洲的经验和数据。超低能耗建筑标准体系的建立将为我国建筑节能标准规划和预期确立努力的目标,为建筑节能标准的逐步提高提供技术储备,带动建筑节能产业的升级换代,促进施工工艺的精细化革命。

  注释:

  欧洲能源根据边界的不同分为三个层次:一次能源、输送能耗和能源需求(终端能耗)。一次能源(primary energy):包含原始能源从(可再生或非可再生能源)开采、能量转换和运输到建筑供应端的全过程能耗。一次能源=终端能耗×一次能源转换系数。

  终端能耗(输送能耗)(end-energy或delivered energy ):即建筑外部输送给建筑内用能设备与系统以满足建筑采暖、制冷、通风、照明和生活热水需求的能源,如热水、电力、蒸气、冷水等。

  能源需求(建筑用能) (energy demand):建筑物内部为满足采暖、制冷、通风、照明和生活热水而需要的净能量,通过建筑内各种终端设备实际获得的能量,与建筑使用的能源种类和系统形式无关。

  *一栋住宅对来自外部的能源需求每年的最高限额为1650千瓦时/HFS加上52.5kWh/m2, 含采暖、通风、生活热水。HFS是建筑物每平方受热地板面积。
 

来源:中国幕墙网